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为什么温度最低只有零下273度,最高却能到达1.4亿亿亿亿度?
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综述
太阳通过内核的核聚变反应向宇宙散发源源不停的光与热,加上地球始终以太阳为中心举行着公转活动,
以是地球上有了一年四序的厘革与冷热瓜代。
作为地球亿万生物中的一员,
我们对温度的高与低有着最直观的感受
,好比冬天最冷时东北地区的气温可以低于零下20℃,炎天最热时南方地区的温度可以靠近40℃。
而从温度的极限值来看,这不外是极小的温度范围。科学研究发现,
最低温度即绝对零度是-273.15℃,最高温度却到达了1.4亿亿亿亿℃。
看起来,最低温度也不是很低,但最高温度却是云云惊人的一个数字,这究竟是为什么?
温度的本质
要弄明确这个标题,起首我们必要知道温度的本质。
爱因斯坦在其狭义相对论中提出了著名的
“时慢尺缩效应”
理论,在这一理论中,他阐释了时间与物质活动的关系。简单来讲,
一个物体的活动速率越快,那么它所履历的时间也就越短。
现实上,不光时间与物质的活动存在莫大的关联,着实温度的产生也是源于物质的活动,也就是说,
温度的本质就是物质的活动,“摩擦生热”就是一个很范例的例子。
我们知道,万物皆由微观粒子构成,以是从微观角度来看,
温度反映的就是粒子的热活动剧烈程度。
当粒子的热活动速率快的时间,物质的温度就会比力高
;当粒子的热活动速率越来越慢的时间,物质的温度也会不停降落;当粒子活动完全制止的时间,物质的温度也就到达了下限,也就是绝对零度。
最低温度:绝对零度
从理论上来看,宇宙中是存在绝对零度的,而在现实中,
绝对零度永久都无法到达,只能无穷地靠近。
科学研究发现,
太空的均匀温度是-270.15℃,
已经非常靠近绝对零度了,但是它却永久无法到达绝对零度。
从温度的本质来看,当粒子的动能为零时才会到达绝对零度,统统能量也会消散。以是,
除非某一物体或某一空间中自始至终都不存在任何能量与热量,否则就永久无法到达绝对零度。
但是,在奇点爆炸之后,宇宙空间的每一处都有能量和热量在活动,以是宇宙永久都无法到达绝对零度。
那么,大爆炸之前的“虚无”是否就处于绝对零度状态呢?答案也是否定的。
这里就不得不提量子力学中的一个根本原理,
即“不确定性”原理,也叫“测禁绝”原理,由德国物理学家海森堡在1927年提出。
“不大概同时以较高的准确度得知一个粒子的位置和动量。——海森堡”
根据这一原理来看,我们无法同时测准粒子的动量与位置,而
如果粒子静止不动了,那么我们就可以同时知道它的位置与动量了,这就冲破了“测禁绝”原理。
因此,即便进入了绝对零度,粒子仍会振动,而不是完全静止不动。也就是说,
不管活动是快是慢,粒子都永不绝歇,绝对零度只是一个理论上的温度的下限值,现实中不会有如许的温度存在。
最高温度:普朗克温度
温度有上限吗?
对于人类而言,太阳就是至高温度的代名词了,
太阳内核的温度高达1500万摄氏度,表层温度也有近6000摄氏度,
而宇宙中质量与温度凌驾太阳的恒星触目皆是。
既云云,不知道各人是否思索过一个标题:在我们所处的宇宙中,温度有没有上限呢?
从理论上来讲温度是没有上限的,但是温度会有一个临界值,即便温度再高,凌驾了临界值也就没故意义了。
这一温度极限也就是“普朗克”温度,任何比普朗克温度更高的物质都没有存在的意义。
凌驾了“普朗克”温度,我们的物理法则也就失效了,除了引力之外任何概念都不会存在。
那么,普朗克温度是怎样得到的呢?
普朗克温度
现实上,普朗克温度是科学家根据盘算公式推导得出的,公式如下图所示。
在这个公式中,
Tp代表的就是普朗克温度,c代表真空中的光速
,而光速就是理论中速率的极限,因此,
盘算后得出的数值约为1.4亿亿亿亿摄氏度,这也就自然而然地被定为了温度的上限。
那么,普朗克温度会不会与绝对零度一样,只是一个理论上存在但现实不会到达的数值?
固然不是,固然在如今的宇宙中我们看不到普朗克温度,
但在宇宙大爆炸的第一个刹时就已经到达了1.4亿亿亿亿摄氏度。
在大爆炸发生后,随着时间的推移,宇宙的温度不绝在冷却,
直到30万年后,宇宙温度才冷却到了可以让光线出现的程度,到如今,宇宙温度已经靠近于绝对零度。
话说返来,1.4亿亿亿亿摄氏度到底会有多可骇呢?
要明确普朗克温度的威力,还是要从宇宙大爆炸中来探求答案。
根据爱因斯坦的质能方程式,我们知道物质与能量是可以相互转化的
,但我们可以看到物质转化为能量,却看不到能量转化为物质,这又是为什么?
着实,
这就是由于能量值没有到达转化为物质的要求
,我们如今的宇宙就是由刹时发作的超强能量转化而来。
在宇宙大爆炸的第一刹时产生了1.4亿亿亿亿摄氏度的高温,这一超等能量就转化为了宇宙中的各种物质。
必要明确的是,在1.4亿亿亿以的温度下,宇宙得以产生,那么这也就意味着,
在如许的温度之下,宇宙也能在霎时之间被毁灭。
结语
显而易见的是,无论是绝对零度还是普朗克温度都是极强可骇的存在。
零下273.15℃的绝对零度代表着全部粒子静止不动,任何热量与能量也就不复存在,
时间和空间的概念也会消散,不外荣幸的是,我们的宇宙永久不会到达绝对零度。
普朗克温度也有着足以形成宇宙的威力,如果未来人类能研究透彻普朗克温度,大概我们就能拥有将能量转化为物质的本领,那么人类就有大概真正成为宇宙的“神”。
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